JP6560670B2

JP6560670B2 - 特にマイクロリソグラフィ投影露光装置のミラー

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Publication number: JP6560670B2
Application number: JP2016532276A
Authority: JP
Inventors: ハーマンマルティン
Original assignee: カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: KR20160040560A; US20160154317A1; US10310382B2; KR102265041B1; EP3030936A2; EP3030936B1; JP2016531319A; WO2015018560A2; DE102013215541A1; CN105518532A; CN105518532B; WO2015018560A3

Description

本発明は、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置のミラーに関する。

本願は、２０１３年８月７日付けで出願された独国特許出願第１０２０１３２１５５４１．７号の優先権を主張する。上記独国出願の内容を、参照により本願明細書に援用する。

マイクロリソグラフィは、例えば集積回路又はＬＣＤ等の微細構造コンポーネントの製造に用いられる。マイクロリソグラフィプロセスは、照明デバイス及び投影レンズを有するいわゆる投影露光装置で実行される。この場合、照明デバイスにより照明されたマスク（レチクル）の像を、投影レンズにより、感光層（フォトレジスト）で被覆されて投影レンズの像平面に配置された基板（例えばシリコンウェーハ）に投影することで、マスク構造を基板の感光コーティングに転写するようにする。

ＥＵＶ領域、すなわち、例えば約１３ｎｍ又は約７ｎｍの波長用に設計した投影レンズでは、適当な光透過屈折材料（light-transmissive refractive materials）がないことにより、ミラーを結像プロセス用の光学コンポーネントとして用いる。このようなＥＵＶミラーは、ミラー基板と、多数の層パケット（layer packets）から構成された、光学有効面に入射する電磁放射線を反射するための反射層スタックとを有する。ミラー基板材料として、例えば照明デバイスでは、例えば銅又はアルミニウム等の金属材料、例えば投影レンズでは、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ドープ石英ガラス（例えば、商標ＵＬＥ又はＺｅｒｏｄｕｒとして販売）等の非晶質ミラー基板材料が知られている。

ミラーの製造時の製造技術の点で、多様な（特に金属の）ミラー基板材料の十分な研磨を容易に達成できないので、概して、より高い精度で加工できる、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる付加的な研磨層が利用される。しかしながら、ここで実際に生じる問題として、特に、このような研磨層及び場合によっては同じくミラー基板材料自体が、入射ＥＵＶ光による放射線負荷（radiation loading）に起因して、例えば圧縮作用による構造変化を示し、これがさらに、施された反射層スタックの幾何学的形状に、したがってミラーの反射特性に影響する。

特に上述の非晶質ミラー基板材料を例えば投影レンズで用いる場合に、投影露光装置の動作中にＥＵＶ光からの放射線負荷に起因して生じるさらに別の問題が、ミラー基板材料自体の放射線老化作用から生じる。このようなミラー基板材料及び場合によって同じく上述の研磨層を保護するために、特に、ＥＵＶ光を比較的多く吸収する材料から製造することができる保護層（略してＳＰＬ＝「ＳｕｂｓｔｒａｔｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ」）の使用が好都合であることが分かった。

従来技術に関して、単なる例として、非特許文献１、非特許文献２、及び非特許文献３を参照されたい。

A. Ionascut-Nedelcescu et al.: "Radiation Hardness of Gallium Nitride", IEEE Transactions on Nuclear Science Vol. 49 (2002), pages 2733-2738 Xueping Xu et al.: "Fabrication of GaN wafers for electronic and optoelectronic devices", Optical Materials 23 (2003), pages 1-5 P.J. Sellin et al.: "New materials for radiation hard semiconductor detectors", CERN-OPEN-2005-005, pages 1-24

本発明の目的は、層構成の望ましくない放射線誘起による構造変化、したがって望ましくない反射特性の劣化を特に効果的に回避する、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置のミラーを提供することである。

この目的は、独立請求項１の特徴に従って達成される。

特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の、本発明によるミラーは、光学有効面と、ミラー基板と、光学有効面に入射する電磁放射線を反射する反射層スタックとを備え、ＩＩＩ族窒化物からなる層が、ミラー基板と反射層スタックとの間に配置され、ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む群から選択される。

本発明の基礎となる概念は、特に、ＥＵＶで動作するよう設計されたマイクロリソグラフィ投影露光装置のミラーの層構成において、ミラー基板と反射層スタックとの間に、ＩＩＩ族窒化物（すなわち、周期系の第３主族の１つ又は複数の元素を含む窒化物）、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなる非晶質層を挿入するというものである。

この場合、本発明は、特に、窒化ガリウム等の材料が、比較的大きな結合エネルギー又は原子のその格子位置からの変位（「原子変位エネルギー」）に関して（例えばアモルファスシリコンに対して）高いエネルギーバリアに起因して、電磁照射の影響を比較的受け難く、したがってそれに対応して高い耐放射線性を有し、これがさらに、ＥＵＶミラーにおける研磨層及び／又は保護層としての本発明による使用に有利に利用できることに基づく。この点で、シリコンの結合エネルギーは約３．６ｅＶ、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の結合エネルギーは約４ｅＶ〜４．８ｅＶ、窒化ガリウム（ＧａＮ）の結合エネルギーは約８．９ｅＶ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の結合エネルギーは約１１．５ｅＶである。

同時に、以下でより詳細に説明するように、本発明は、一方では反射層スタック、他方ではミラー基板材料に関する、熱膨張係数の差が最小限であるという同様に望ましい基準が、例えばアモルファスシリコンと比べて窒化ガリウム等の材料でよりよく満足される状況を利用する。

さらに、本発明は、例えば結晶性窒化ガリウム層の場合に得られる見識にも基づき、これは、上述の研磨層の機能性を確保するのに十分低い粗さを、例えば窒化ガリウムの場合に、種々の可能な研磨剤を用いた材料除去によって得ることができるというものである。しかしながら、結晶及び非晶質材料からなる混合相が存在する場合、研磨性は概して損なわれる。

この場合、本発明が意図的に受け入れる製造技術上の課題は、第１に、特にミラー基板材料（例えば、ＵＬＥ又はＺｅｒｏｄｕｒ）の損傷を回避するために、本発明による（例えば窒化ガリウム）層を約１００℃〜２００℃未満の比較的低い温度で施さなければならず、第２に、層材料における晶子の形成（上述の比較的低い温度でも、例えば窒化ガリウムにその傾向がある程度ある）及びそれに付随した研磨特性又は研磨速度の変化と、研磨層としての適性に対する悪影響とを回避すべきであることから生じる。

本発明によれば、特に、適当な方法（特に、非晶質材料を得るための被覆中の余分な窒素及び比較的高い窒素イオンエネルギーの供給を伴う窒素イオンアシスト（ガリウム）蒸着）を用いて、上記製造技術上の課題を克服できることが分かった。

本発明による窒化ガリウム層の上記有利な特性により、この層は、第１に研磨層として、第２に層構成において下に位置する例えばＵＬＥ又はＺｅｒｏｄｕｒからなるミラー基板又は金属ミラー基板材料を保護する保護層又は吸収層として働く限り、特に二重機能を果たすことができる。この場合、例えばアモルファスシリコンからなるさらに別の研磨層を、例えば省くことができる。

しかしながら、本発明は、上述の二重機能の使用に限定されない。この点で、さらに他の実施形態において、本発明による（例えば窒化ガリウム）層を、上記研磨層上の（例えばアモルファスシリコンからなる）既存の研磨層に加えて施すことにより、吸収層としての効果を利用して、ＥＵＶ光に起因した放射線誘起による効果及び構造変化に対する研磨層及びその下に位置するミラー基板材料の両方の保護を確保することもできる。

一実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物は非晶質である。

ＩＩＩ族窒化物は、特に二元性又は三元性化合物であり得る。

一実施形態によれば、層は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲の、特に０．５μｍ〜５０μｍの範囲の厚さを有する。

一実施形態によれば、層は、ミラー基板上に直接、又はミラー基板上に位置する（例えば窒素含有）接着促進層上に配置される。

一実施形態によれば、層は研磨層上に配置される。

一実施形態によれば、ミラー基板は、金属材料（例えば、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ））から製造される。

一実施形態によれば、ミラー基板は、非晶質材料、特に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ドープ石英ガラスから製造される。

ミラーは、特に、３０ｎｍ未満、特に１５ｎｍ未満の作動波長用に設計することができる。しかしながら、本発明は、原理上はこれにも限定されず、さらに他の実施形態において、ＶＵＶ領域（例えば２００ｎｍ未満）の作動波長用に設計されたミラーで実現することもできる。

本発明はさらに、上述の特徴を有する少なくとも１つのミラーを備えた、マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系、特に照明デバイス又は投影レンズに関する。

さらに別の一態様によれば、本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置のミラーを製造する方法であって、層系をミラー基板に施し、上記層系は、光学有効面に入射する電磁放射線を反射する反射層スタックを有し、ＩＩＩ族窒化物からなる層を施した後に反射層スタックを施し、ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む群から選択される方法に関する。

ＩＩＩ族窒化物からなる層は、窒素イオンアシスト蒸着によって、又は他の何等かの適当な方法、例えばスパッタリング、後続のイオン注入等によって施すことができる。

一実施形態によれば、層を研磨した後に反射層スタックを施す。

一実施形態によれば、ミラーの層系に存在し且つ機械的歪によって引き起こされる変形を少なくとも部分的に補償する表面プロファイルを、層に加工する。

本発明のさらに他の構成は、説明及び従属請求項から得ることができる。

添付図面に示す例示的な実施形態に基づき、本発明を以下でより詳細に説明する。

本発明の第１実施形態による金属ミラー基板材料を含むミラーの構成を説明する概略図を示す。本発明のさらに別の実施形態による金属ミラー基板材料を含むミラーの構成を説明する概略図を示す。本発明のさらに別の実施形態による非晶質ミラー基板材料を含むミラーの構成を説明する概略図を示す。本発明のさらに別の実施形態による非晶質ミラー基板材料を含むミラーの構成を説明する概略図を示す。マイクロリソグラフィ投影露光装置の例示的な構成の概略図を示す。

図１は、本発明の第１実施形態における本発明によるミラーの構成を説明する概略図を示す。ミラー１０は特に、光学系の、特にマイクロリソグラフィ投影露光装置の投影レンズ又は照明デバイスのＥＵＶミラーであり得る。

ミラー１０は、特にミラー基板１１を備え、これは、第１実施形態では金属ミラー基板材料、例えば銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）から製造される。

さらに、ミラー１０は、原理上それ自体が既知の方法で反射層系１４を備え、これは、図示の実施形態では単なる例としてモリブデン−シリコン（Ｍｏ−Ｓｉ）層スタック（及び適切な場合は拡散バリア層等）を含む。本発明はこの層スタックの特定の構成に限定されないが、単なる例である１つの適当な構成は、例えば、いずれの場合も２．８ｎｍの層厚を有するモリブデン（Ｍｏ）層と、いずれの場合も４．２ｎｍの層厚を有するシリコン（Ｓｉ）層とを含む層系の５０個の積み重ね又は層パケットを含むことができる。

図１によれば、非晶質窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる層１３がミラー基板１１上に直接配置され、この層１３は（本発明はそれに限定されないが）、通常の厚さを０．１μｍ〜１００μｍの範囲とすることができ、以下で説明するような二重機能を有する。窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる層１３は、第１に、その下に位置する金属ミラー基板１１の不十分な研磨性を考慮に入れるために研磨層として働く。したがって、図１における構成では、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなるさらに別の研磨層が省かれる。さらに、層１３は、その下に位置するミラー基板１１の保護を確保するために保護層又は吸収層としても働く。

窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる層１３の上述の二重機能と、それにより得られる層構成の単純化に加えて、窒化ガリウム（ＧａＮ）では、一方では反射層スタック１４、他方ではミラー基板材料に関する熱膨張係数の差がアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）よりもさらに小さいというさらなる利点がある。

この点で、表１は、一方では反射層スタックの、他方ではミラー基板材料の通常の材料に関する各熱膨張係数と比べた、結晶性窒化ガリウム（ＧａＮ）の熱膨張係数を表す。

図２は、さらに別の実施形態におけるミラーの構成を概略図で示し、図１と類似の又は実質的に機能的に同一の構成要素を「１０」を足した参照符号で示す。

図２に示す構成が図１からのものと異なる点は、下に位置する金属ミラー基板２１の不十分な研磨性を考慮に入れるために、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる研磨層２２が最初にそれ自体が既知の方法でミラー基板２１上に配置されることである。窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる本発明による層２３は、上記研磨層２２上に位置し、吸収層として、ＥＵＶ光に起因した放射線誘起による効果及び構造変化からの研磨層２２及びその下に位置するミラー基板材料の両方の保護を確保する役割を果たす。

さらに他の実施形態において、図３及び図４に単に概略的に示すように、ミラー基板材料は非晶質材料でもあり得る。適当なミラー基板材料は、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ドープ石英ガラスであり、単なる例として、商標ＵＬＥ又はＺｅｒｏｄｕｒとして販売されている材料を（また、本発明を限定することなく）用いることができる。

この場合、図３において、図１と類似の又は実質的に機能的に同一の構成要素を「２０」を足した参照符号で示す。図４において、図２と類似の又は実質的に機能的に同一の構成要素を「２０」を足した参照符号で対応して示し、ここで、（例えば窒化チタンＴｉＮからなる）接着促進層４２が、最初にミラー基板４１上に配置され、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる層４３が、続いて上記接着促進層４２上に位置する。

本発明によるミラーを製造するために、例えば窒化ガリウムからなる層１３、２３、３３、又は４３が、好ましくは室温で窒素イオンアシスト蒸着によって施される。この場合、被覆中に窒素（Ｎ）対ガリウム（Ｇａ）の比の適当な「調整」によって、余分な窒素が、例えば何百電子ボルト（ｅＶ）もの比較的高い窒素イオンエネルギーと共に、晶子形成を回避しつつ非晶質材料の形成を確実にすることができる。

非晶質窒化ガリウム層を製造するのに適した方法パラメータに関しては、例えば下記文献を参照されたい。Uday Lanke et al.: "Effect of ion-energy on the properties of amorphous GaN films produced by ion-assisted deposition", Modern Physics Letters B, Vol. 15, Nos. 28 & 29 (2001), pages 1355-1360、A. Bittar et al.: "Ion-assisted deposition of amorphous GaN: Raman and optical properties", Applied Physics Letters, Vol. 78, Number 5, January 29, 2001, pages 619-621、H. J. Trodahl et al.: "Raman spectroscopy of nanocrystalline and amorphous GaN", Journal of Applied Physics 97, (2005), pages 084309-1 to 084309-5、V.J. Kennedy et al.: "Ion beam analysis of ion-assisted deposited amorphous GaN", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 190 (2002), pages 620-624、B. J. Ruck et al.: "Quantitative study of molecular N₂ trapped in disordered GaN:O films", Physical Review B 70 (2004), pages 235202-1 to 235202-5。

さらに他の実施形態において、例えば窒化ガリウムからなる層１３、２３、３３、又は４３を、他の何らかの方法、例えばスパッタリング、後続のイオン注入等によって施すこともできる。

図１〜図４における実施形態によれば、例えば窒化ガリウムからなる層１３、２３、３３、又は４３を施した後に、反射層スタックを必要な正確度で施すために上記層を研磨することができる。このような研磨ステップにおいて、表面プロファイル（例えば、特定の曲率半径又は自由曲面）を、例えば窒化ガリウムからなる層１３、２３、３３、又は４３に目標通りに加工することにより、例えばミラーの層系に存在する機械的歪及びそれに付随したミラーの望ましくない変形を少なくとも部分的に補償することもできる。施した後の層１３、２３、３３、又は４３の粗さがすでに十分に低く（例えば、０．１ｎｍｒｍｓ未満）、目標を定めた表面プロファイルを望まない場合、適切な場合はこのような研磨ステップを省くこともできる。

図５は、ＥＵＶで動作するよう設計され且つ本発明を実現できる１つの例示的な投影露光装置の概略図を示す。

図５によれば、ＥＵＶ用に設計された投影露光装置５００の照明デバイスが、視野ファセットミラー５０３及び瞳ファセットミラー５０４を備える。プラズマ光源５０１及びコレクタミラー５０２を含む光源ユニットからの光が、視野ファセットミラー５０３へ指向される。第１望遠鏡ミラー（telescope mirror）５０５及び第２望遠鏡ミラー５０６が、瞳ファセットミラー５０４の下流の光路に配置される。偏向ミラー５０７が、光路の下流に配置され、上記偏向ミラーは、これに入射する放射線を６個のミラー５５１〜５５６を含む投影レンズの物体平面の物体視野へ指向させる。マスクステージ５２０上の反射構造担持マスク５２１が、物体視野の場所に配置され、上記マスクは、投影レンズを用いて像平面に結像され、当該像平面では、感光層（フォトレジスト）で被覆された基板５６１がウェーハステージ５６０上に位置する。

視野ファセットミラー５０３、瞳ファセットミラー５０４、又は偏向ミラー５０７は、例えば、金属基板材料、例えば銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等からなるミラー基板を備えることができ、図１からの実施形態によれば例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる層１３を有する構成とすることができ、上記層は、金属ミラー基板材料と比べてより正確な加工を可能にするために、特に研磨層として、また保護層としても働く。

投影レンズのミラー５５１〜５５６は、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２）ドープ石英ガラス（例えば、ＵＬＥ又はＺｅｒｏｄｕｒ）等の非晶質ミラー基板材料からなるミラー基板を備えることができ、図３を参照して説明したように、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる層３３を有する構成とすることができ、上記層は、研磨層及びその下に位置するミラー基板材料を保護するための保護層又は吸収層の両方として働く。

しかしながら、本発明は上述のミラーへの適用に限定されず、原理上は他のミラーを本発明に従った方法で構成することもできる。

本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、例えば個々の実施形態の特徴の組み合わせ及び／又は交換により、多くの変形形態及び代替的な実施形態が当業者には明らかである。したがって、当業者には言うまでもなく、こうした変形形態及び代替的な実施形態は同時に本発明に包含され、本発明の範囲は、添付の特許請求項及びその等価物の意味の範囲内でのみ制限される。

Claims

光学有効面を有し、
ミラー基板（１１、２１、３１、４１）と、
前記光学有効面（１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ）に入射する電磁放射線を反射する反射層スタック（１４、２４、３４、４４）と
を備え、
ＩＩＩ族窒化物からなる層（１３、２３、３３、４３）が、前記ミラー基板（１１、２１、３１、４１）と前記反射層スタック（１４、２４、３４、４４）との間に配置され、前記ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、及び窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む群から選択され、
前記層（１３、２３、３３、４３）は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲の厚さを有し、
マイクロリソグラフィ投影露光装置のミラーであるミラー。
請求項１に記載のミラーにおいて、前記ＩＩＩ族窒化物は非晶質であることを特徴とするミラー。
請求項１又は２に記載のミラーにおいて、前記層（１３、２３、３３、４３）は、０．５μｍ〜５０μｍの範囲の厚さを有することを特徴とするミラー。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のミラーにおいて、前記層（１３、３３、４３）は、前記ミラー基板（１１、３１）上に直接、又は該ミラー（４１）上に位置する接着促進層（４２）上に配置されることを特徴とするミラー。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のミラーにおいて、前記層（２３）は、研磨層（２２）上に配置されることを特徴とするミラー。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のミラーにおいて、前記ミラー基板（１１、２１）は、金属材料から製造されることを特徴とするミラー。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のミラーにおいて、前記ミラー基板（３１、４１）は、非晶質材料から製造されることを特徴とするミラー。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のミラーにおいて、該ミラー（１０、２０、３０、４０）は、３０ｎｍ未満の作動波長用に設計されることを特徴とするミラー。
請求項１〜８のいずれか１項に記載のミラーを少なくとも１つ備えた、マイクロリソグラフィ投影露光装置（５００）の光学系。
マイクロリソグラフィ投影露光装置のミラーを製造する方法であって、層系をミラー基板（１１、２１、３１、４１）に施し、前記層系は、光学有効面（１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ）に入射する電磁放射線を反射する反射層スタック（１４、２４、３４、４４）を有し、ＩＩＩ族窒化物からなる層（１３、２３、３３、４３）を施した後に前記反射層スタック（１４、２４、３４、４４）を施し、前記ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、及び窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む群から選択され、前記層（１３、２３、３３、４３）は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲の厚さを有する方法。
請求項１０に記載の方法において、前記層（１３、２３、３３、４３）を研磨した後に前記反射層スタック（１４、２４、３４、４４）を施すことを特徴とする方法。
請求項１０又は１１に記載の方法において、前記ミラー（１０、２０、３０、４０）の前記層系に存在し且つ機械的歪によって引き起こされる変形を少なくとも部分的に補償する表面プロファイルを、前記層（１３、２３、３３、４３）に加工することを特徴とする方法。
光学有効面を有し、
ミラー基板（１１、２１、３１、４１）と、
前記光学有効面（１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ）に入射する電磁放射線を反射する反射層スタック（１４、２４、３４、４４）と
を備え、
ＩＩＩ族窒化物からなる層（１３、２３、３３、４３）が、前記ミラー基板（１１、２１、３１、４１）と前記反射層スタック（１４、２４、３４、４４）との間に配置され、前記ＩＩＩ族窒化物は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む群から選択され、
前記層（１３、２３、３３、４３）は、０．１μｍ〜１００μｍの範囲の厚さを有し、
前記層（２３）は、研磨層（２２）上に配置される、
マイクロリソグラフィ投影露光装置のミラーであるミラー。